CN104669275A - 一种智能排爆机器人 - Google Patents

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马振书
蒋梁中
穆希辉
杜峰坡
孙华刚
马东玺
罗磊
徐学锦
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63908 Troops of PLA
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    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
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Abstract

本发明涉及一种智能排爆机器人，包括车体、对称设置于车体两侧的驱动***，所述车体上还设置有作业***及控制***，所述控制***分别与驱动***、作业***连接；所述作业***包括与车体活动连接的腰关节***、与所述腰关节***活动连接的肩关节***、与所述肩关节***活动连接的机械臂***及设置于机械臂***末端的末端执行器，所述肩关节***上还活动连接有全景摄像机***，所述机械臂***上还设置有双目视觉***。本发明能够采集周围环境信息，通过控制***实时发送信息、接收指令，实现控制作业***实现抓取的功能，该机械结构稳定，提高了行驶和越障过程的稳定性，使排爆过程更快速更安全，提高了排爆效率及安全性。

Description

一种智能排爆机器人
技术领域
本发明涉及排爆机器人技术领域，具体涉及一种智能排爆机器人。
背景技术
随着国际反恐形式的日渐严峻，对***物的安全处理受到各国共同关注。虽然反恐人员能够通过娴熟的技术实现排爆的目的，但由于***物的状态、属性、位置等方面的不确定性和排爆过程的高风险性，在排爆过程中随时可能发生不可预测的情况，稍有不慎导致排爆失败，将严重威胁排爆人员的生命安全。排爆机器人的出现很大程度解决了这一问题，但是现有的排爆机器人在整体性能方面不能满足要求，尤其在行走的稳定性、越障及爬坡能力、对目标物的精确分析、定位能力以及抓取、操控灵活性方面的性能亟待提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种智能排爆机器人，其不仅具有较好的稳定性，能自如进退、转弯、越障、爬坡，而且可快速安全地搜索、分辨***物，实现对***物的精确定位及抓取，排爆效率高。
本发明通过以下技术方案实现该目的：
一种智能排爆机器人，包括车体、对称设置于车体两侧的驱动***，所述车体上还设置有作业***及控制***，所述控制***分别与驱动***、作业***连接，所述驱动***包括与车体连接的支重轮、排列设置于支重轮两端的驱动轮及履带构成，所述履带套设于支重轮和驱动轮的外周；
所述作业***包括与车体活动连接的腰关节***、与所述腰关节***活动连接的肩关节***、与所述肩关节***活动连接的机械臂***及设置于机械臂***末端的末端执行器，所述肩关节***上还活动连接有全景摄像机***，所述机械臂***上还设置有双目视觉***；
所述控制***包括相互连接的驱动器、控制器、电源和无线通讯模块。
其中，所述驱动***包括对称设置的四个驱动轮及两个支重轮，所述四个驱动轮分别与驱动***独立连接并能实现独立驱动，所述支重轮设置于同侧的两个驱动轮之间。
进一步的，所述履带的外侧设置有用于防止履带脱落的若干限位片。
其中，所述腰关节***包括传动悬挂于车体的腰关节及用于驱动腰关节转动的腰马达，所述腰马达通过中空谐波减速器与腰关节连接。
其中，所述肩关节***包括与腰关节齿轮传动连接的肩关节，及用于驱动肩关节转动的肩马达。
其中，所述机械臂***包括大臂***、与大臂***连接的小臂***、与小臂***连接的腕关节***，所述大臂***包括大臂及用于驱动大臂转动的大马达，所述小臂***包括小臂及用于驱动小臂转动的小马达，所述大臂与小臂通过肘关节连接，所述腕关节***包括腕关节及用于驱动腕关节旋转和俯仰的腕马达。
其中，所述双目视觉***由双目摄像机及一底座构成，所述双目视觉***设置于腕关节上。
作为优选的，所述大臂与小臂通过肘关节实现三级传动连接，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为锥齿轮传动，第三级传动为谐波减速机传动；所述末端执行器通过腕关节与小臂分别实现关节俯仰传动和关节旋转传动，所述关节俯仰传动包括两级传动，第一级传动为锥齿轮传动，第二级传动为谐波减速传动，所述关节旋转传动包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为圆柱齿轮传动。
作为优选的，所述末端执行器采用模块化设计，可选择为开合手爪、捧托手爪或者冲击钻，末端执行器包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为蜗轮蜗杆传动。
其中，所述全景摄像机***包括全景摄像机及用于固定全景摄像机的二维云台，所述二维云台通过一根可转动的连接杆和推杆与肩关节***连接，还包括与所述推杆连接并用于驱动推杆旋转或俯仰的推马达。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明的智能排爆机器人，包括车体、对称设置于车体两侧的驱动***，所述车体上还设置有作业***及控制***，所述控制***分别与驱动***、作业***连接，所述驱动***包括与车体连接的支重轮、排列设置于支重轮两端的驱动轮及履带构成，所述履带套设于支重轮和驱动轮的外周；所述作业***包括与车体活动连接的腰关节***、与所述腰关节***活动连接的肩关节***、与所述肩关节***活动连接的机械臂***及设置于机械臂***末端的末端执行器，所述肩关节***上还活动连接有全景摄像机***，所述机械臂***上还设置有双目视觉***。本发明的车体通过腰部与作业***连接，作业***连接5自由度的末端执行器，由全景摄像机***及双目视觉***采集周围 环境信息，通过控制***实时发送信息、接收指令，实现控制作业***实现抓取的功能。驱动***采用滚轮加履带式行走机构，保证机器人在多种地貌特征环境下均具有良好的工作性能，该机械结构稳定，空间利用合理，提高了行驶和越障过程的稳定性，使排爆过程更快速更安全，提高了排爆效率及安全性。
附图说明
图1为本发明的智能排爆机器人的结构示意图。
图中：1-车体；2-支重轮；3-驱动轮；4-履带；5-限位片；6-控制***；7-腰关节；8-肩关节；9-大臂；10-小臂；11-肘关节；12-双目摄像机；13-底座；14-腕关节；15-末端执行器；16-全景摄像机；17-二维云台；18-连接杆；19-推杆。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例：
如图1所示，本实施例的智能排爆机器人，包括车体1、对称设置于车体1两侧的驱动***，所述车体1上还设置有作业***及控制***6，所述控制***6分别与驱动***、作业***连接，所述驱动***包括与车体1连接的支重轮2、排列设置于支重轮2两端的驱动轮3及履带4构成，所述履带4套设于支重轮2和驱动轮3的外周；
所述作业***包括与车体1活动连接的腰关节***、与所述腰关节***活动连接的肩关节***、与所述肩关节***活动连接的机械臂***及设置于机械臂***末端的末端执行器15，所述肩关节***上还活动连接有全景摄像机***，所述机械臂***上还设置有双目视觉***；
所述控制***6包括相互连接的驱动器、控制器、电源和无线通讯模块。
本实施例的驱动***包括对称设置的四个驱动轮3及两个支重轮2，所述四个驱动轮3分别与驱动***独立连接并能实现独立驱动，所述支重轮2设置于同侧的两个驱动轮3之间，采用一级减速方案，最高速度可达5Km/h,车体1两侧的四个驱动轮3分别实现独立驱动，以实现最大的动力、爬坡能力、原地转圈及跨越200mmX200mm障碍物的能力，或者当非同侧部分履带4悬空时，排爆机器人依然能正常工作。
所述全景摄像机***及双目视觉***能够采集周围环境信息，通过控制***6实时发送信息、接收指令，实现控制作业***实现抓取的功能，该机械结构稳定，提高了行驶和越障 过程的稳定性，使排爆过程更快速更安全，提高了排爆效率及安全性。
进一步的，所述履带4的外侧设置有用于防止履带4脱落的若干限位片5，限位片5罩设于支重轮2和驱动轮3的外侧，在智能排爆机器人行走的过程中，能够有效防止履带4从支重轮2和驱动轮3上脱落，保证排爆过程的顺利进行。
其中，所述腰关节***包括传动悬挂于车体1的腰关节7及用于驱动腰关节7转动的腰马达，所述腰马达通过中空谐波减速器与腰关节7连接，在腰马达的驱动下，所述腰关节7可以带动整个作业***在车体1上进行360度旋转，观察及作业范围大，实用性强。
其中，所述肩关节***包括与腰关节7齿轮传动连接的肩关节8，及用于驱动肩关节8转动的肩马达，在所述肩马达的驱动下，所述机械臂***能够以肩关节8为支点进行转动，实现机械臂***的升降与伸缩。
其中，所述机械臂***包括大臂***、与大臂***连接的小臂***、与小臂***连接的腕关节***，所述大臂***包括大臂9及用于驱动大臂9转动的大马达，所述小臂***包括小臂10及用于驱动小臂10转动的小马达，所述大臂9与小臂10通过肘关节11连接，所述腕关节***包括腕关节14及用于驱动腕关节14旋转和俯仰的腕马达。
在大马达的驱动下，大臂9的底端能够实现以肩关节8为支点进行转动，在小马达的驱动下，小臂10的底端能够实现以肘关节11为支点进行转动，在腕马达的驱动下，所述末端执行器15能够实现以腕关节14为支点进行转动，从而实现整个机械臂***的配合运动，实现对***物的观察及抓取处理。
其中，所述双目视觉***由双目摄像机12及一底座13构成，所述双目视觉***设置于腕关节14上。双目视觉***能够随着腕关节14的转动或旋转而进行相应的运动，其与末端执行器15的路径相统一，保证末端执行器15能够到达的区域均处于双目视觉***的观察范围之内，同时双目摄像机12所拍摄的画面能够通过控制***6传输至工作人员控制的控制端，实现对排爆区域及***物的全程监控。
作为优选的，所述大臂9与小臂10通过肘关节11实现三级传动连接，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为锥齿轮传动，第三级传动为谐波减速机传动，一方面能够保证传动比的精确性，有利于保证大臂9在俯仰过程中的平稳性；另一方面提高了传动比，能够利用较小的驱动马达即可驱动较大的负载，有利于减轻排爆机器人的整体重量，提高操作控制的灵活性。
所述末端执行器15通过腕关节14与小臂10分别实现关节俯仰传动和关节旋转传动，所述关节俯仰传动包括两级传动，第一级传动为锥齿轮传动，第二级传动为谐波减速传动，所述关节旋转传动包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为圆柱齿轮传动。最大程度的保证了对末端执行器15操控的灵活性，尤其在针对部分精细程度更高的***物或者小型***物等进行处理的过程中，灵活性获得显著改善的排爆机器人有利于大大提高排爆成功的几率，进而提高了安全性。
作为优选的，所述末端执行器15采用模块化设计，可选择为开合手爪、捧托手爪或者冲击钻，末端执行器15包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为蜗轮蜗杆传动，模块化的设计能够适用于包括但不限于开合手爪、捧托手爪或者冲击钻在内的多种末端执行器15，针对不同的实际情况可选用相应的排爆工具，实用性强。
其中，所述全景摄像机***包括全景摄像机16及用于固定全景摄像机16的二维云台17，所述二维云台17通过一根可转动的连接杆18和推杆19与肩关节8***连接，还包括与所述推杆19连接并用于驱动推杆19旋转或俯仰的推马达。
全景摄像机16不仅能够观察到***物的状态，还能够对***物所处的周围环境进行全面的观察，在推马达的驱动下，推杆19能够带动二维云台17进行360度旋转或者俯仰，进而带动位于二维云台17上的全景摄像机16对整个排爆区域进行全面拍摄，所拍摄画面通过控制***6传输至工作人员控制的控制端，实现对排爆区域及***物的全程监控。
本实施例的智能排爆机器人的工作流程如下：
全景摄像机***采集到排爆机器人周围环境的信息，将画面通过控制***6的无线电台传输给工作人员控制的控制端，在全景视频窗口实时显示，当操作人员发现可疑目标后，控制排爆机器人接近目标物，排爆机器人进入操作范围后，操作人员发送控制指令，排爆机器人腰关节***旋转，控制双目视觉***对准目标物，双目视觉***将拍摄的目标物图像传送至控制端，控制端根据双目视觉***的数学模型，求解目标物体相对排爆机器人的三围坐标，根据求取的三围坐标和机械臂***现在所处的位置，和运动路径要求，求取各关节想要达到目标位置所需旋转角度，经过分析和求解后，控制端通过无线电台发送一些列控制指令到现场工作端，现场工作端接收到控制指令后，经过解析，拆分和转化，通过相应模块，将指令序列传输到放大器，经过放大器对指令的放大后，驱动工作端上的相关驱动马达，使得末端执行器15达到指定位置，之后即可进行抓取动作，驱动末端执行器15的电机，末端执行器 15闭合，夹住目标，将其转移到排爆筒内。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能排爆机器人，包括车体、对称设置于车体两侧的驱动***，所述车体上还设置有作业***及控制***，所述控制***分别与驱动***、作业***连接，其特征在于：所述驱动***包括与车体连接的支重轮、排列设置于支重轮两端的驱动轮及履带构成，所述履带套设于支重轮和驱动轮的外周；
所述作业***包括与车体活动连接的腰关节***、与所述腰关节***活动连接的肩关节***、与所述肩关节***活动连接的机械臂***及设置于机械臂***末端的末端执行器，所述肩关节***上还活动连接有全景摄像机***，所述机械臂***上还设置有双目视觉***；
所述控制***包括相互连接的驱动器、控制器、电源和无线通讯模块。
2.根据权利要求1所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述驱动***包括对称设置的四个驱动轮及两个支重轮，所述四个驱动轮分别与驱动***独立连接并能实现独立驱动，所述支重轮设置于同侧的两个驱动轮之间。
3.根据权利要求2所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述履带的外侧设置有用于防止履带脱落的若干限位片。
4.根据权利要求1所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述腰关节***包括传动悬挂于车体的腰关节及用于驱动腰关节转动的腰马达，所述腰马达通过中空谐波减速器与腰关节连接。
5.根据权利要求1所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述肩关节***包括与腰关节齿轮传动连接的肩关节，及用于驱动肩关节转动的肩马达。
6.根据权利要求1所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述机械臂***包括大臂***、与大臂***连接的小臂***、与小臂***连接的腕关节***，所述大臂***包括大臂及用于驱动大臂转动的大马达，所述小臂***包括小臂及用于驱动小臂转动的小马达，所述大臂与小臂通过肘关节连接，所述腕关节***包括腕关节及用于驱动腕关节旋转和俯仰的腕马达。
7.根据权利要求6所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述双目视觉***由双目摄像机及一底座构成，所述双目视觉***设置于腕关节上。
8.根据权利要求6所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述大臂与小臂通过肘关节实现三级传动连接，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为锥齿轮传动，第三级传动为谐波减速机传动；所述末端执行器通过腕关节与小臂分别实现关节俯仰传动和关节旋转传动，所述关节俯仰传动包括两级传动，第一级传动为锥齿轮传动，第二级传动为谐波减速传动，所述关节旋转传动包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为圆柱齿轮传动。
9.根据权利要求6所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述末端执行器采用模块化设计，可选择为开合手爪、捧托手爪或者冲击钻，末端执行器包括两级传动，第一级传动为行星齿轮传动，第二级传动为蜗轮蜗杆传动。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的智能排爆机器人，其特征在于：所述全景摄像机***包括全景摄像机及用于固定全景摄像机的二维云台，所述二维云台通过一根可转动的连接杆和推杆与肩关节***连接，还包括与所述推杆连接并用于驱动推杆旋转或俯仰的推马达。
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